В тексте приведены характеристики силового N-канальный МОП-транзистора IRF840 на русском языке от производителя International Rectifier (IR). Компания Vishay, поглотившая в свое время IR, теперь выпускает его с дополнительным обозначением SiHF740. В даташит указывается, что это современный транзистор третьего поколения, несмотря на экономичность конструкции и корпуса имеет достаточно хорошие технические параметры. Особенно подчеркивается его мощность, высокое быстродействие, маленькое сопротивление открытого канала и низкая стоимость. Это делает его привлекательным для использования не только на производстве, но и в радиолюбительской среде.
Распиновка
Цоколевка IRF840 выполнена в стандартном корпусе ТО-220AB, способном выдерживать мощность рассеивания до 50 Вт. Расположение выводов идентична различным mosfet фирмы IR в таком корпусе. Для определения назначения выводов возьмите транзистор и поверните его так, чтобы можно было прочитать маркировку на его корпусе. Выводы при этом должны быть внизу. Левый электрод называется — затвором (G), средний — стоком (D), а самый правый – истоком (S). Вывод D соединен с радиатором ТО-220AB. Для наглядности приведем распиновку на рисунке.
Характеристики
В любом техническом описании на транзистор производитель указывает максимально допустимые и электрические параметры эксплуатации, при температуре окружающей среды до 25 °C. Как правило, значения параметров указываются для идеальных условий эксплуатации, которых в реальной жизни добиться практически невозможно. Но именно на эти параметры ориентируется разработчик в своих проектах.
Максимальные
Главные максимально допустимые значения при эксплуатации указаны в самом начале технического описания. Это своеобразная реклама на устройство – чем выше значения параметров, тем лучше. Напомним, что значения этих параметров не должны превышаться ни при каких условиях. Для мощного mosfet irf840 такими параметрами являются: максимальное напряжение сток-исток VDS до 500 В, сопротивление в открытом состоянии RDS(ON) 0,85 Ом, суммарный заряд затвора QGMAX 63 Нк и максимальный ток ID 8.0 A. В отдельную таблицу сведены другие предельно допустимые характеристики, указанные для температуры окружающей среды 25 °C.
Электрические
Максимальные значения дают лишь общее понятия о параметрах устройства и возможность сравнить его с другими транзисторами. Кроме максимальных значений в datasheet на irf840 приводится таблица других не менее важных параметров с названием — электрические характеристики. Эти значения также приводятся с учетом температуры окружающей среды в 25 °C. Рассмотрим их поподробнее.
У таблицы электрических параметров имеется дополнительный столбец с условиями, при которых производитель проводил тестирование устройства. Все значения приведенные в таблице в той или иной мере важны для применения в проектах, однако в первую очередь из этого списка обращают внимание на следующие характеристики irf840: напряжение пробоя V(BR)DSS до 500 В, напряжение отсечки VGS(th) от 2 до 4 В, токи утечки затвора IDSS до 100 нА и канала IDSS до 250 мкА. Их производитель указывает в первую очередь.
Время переключения
Для применения в ключевых схемах стоит обратить внимание на ёмкостные значения (СRSS, СISS, СOSS), которые определяют время открытия TD (ON) и закрытия TD(OFF) канала проводимости. Чем оно ниже, тем лучше работа устройства в ключевом режиме и меньше его нагрев. У irf840 эти значения составляют 14 и 49 наносекунд соответственно. Обратите внимание, что в даташит эти значения приводятся производителем для определенных условий тестирования, соответственно на практике они могут отличатся от указанных.
Ёмкостные характеристики
Так же, для ключевых схем могут понадобиться так называемые паразитные емкости между выводами транзистора (СGD, СGS, CDC). Некоторые производители не указывают их значения, но при необходимости их можно вычислить по формулам:
Зная величину обратной переходной ёмкости у irf840 (CRSS = 120 пФ), вычисляем ёмкостные величины у паразитных конденсаторов: CGD 120 пФ; CGS 1180 пФ; CDS 180 пФ. Следует знать, что при включении (открытии канала) емкость CGD образует отрицательную обратную связь между входом и выходом прибора, называемую эффектом Миллера. Значения величин CGD и CDS сильно зависят от напряжения в нагрузке и лишь иногда указываются в документации для тестирования.
Тепловые параметры
Все вышеперечисленные параметры сильно зависят от нагрева самого irf840 и окружающих его элементов, во время работы. Так, при нагреве корпуса до 100 0С максимальный постоянный ток стока, который может перегнать через себя этот транзистор, резко уменьшается до 5.1 A, при этом IGSS будет расти. Максимальные значения отдельных характеристик при переменном токе, таких как IDM, IEA, EAR так же ограничивает температура перехода TJ и об этом производитель указывает дополнительно в пояснениях.
Для расчетов TJ при импульсном токе в даташит приводится график зависимости теплового импеданса между подложкой-корпусом ZthJC (0С/Вт) от коэффициента заполнения D (Duty Factor). Чем больше Duty Factor, тем выше ZthJC и тем сильнее нагревается кристалл, температура которого у irf840 ограничена 150 °C.
Снизить нагрев прибора возможно при установке дополнительных пассивных или активных схем охлаждения с помощью внешних устройств. Пассивная схема предполагает использование радиатора. Для расчета его площади и других свойств, позволяющих уменьшить нагрев irf840, в его спецификации приводят значения тепловых сопротивлений тепловых: кристалл-корпус (Junction-to-Case ), корпус-среду (Junction-to-Ambient).
Аналог
Ближайшие зарубежные аналоги у irf840: это 2SK554 (Toshiba) и STP5NK50Z (STM). Отечественной заменой могут быть КП777А, КП840. К сожалению их очень трудно найти в продаже, особенно российского производства.
Маркировка
Первые символы в обозначении irf840 указывают на его первого производителя — американскую компанию, специализирующуюся на изготовлении электронных компонентов International Rectifier (IR). Эта компании также известна созданием в 1979 году передовой технологии Hexfet, позволившей значительно снизить сопротивление открытого канала у полевого транзистора. По данной технологии по настоящее время изготавливается рассматриваемый образец. В настоящее время компания IR стала одним из подразделений Vishay, которая выпускает транзисторы по без свинцовой технологии с маркикровой irf840PbF (SiHF840-E3) .
Управление от микроконтроллера
Как видно из представленных характеристик напряжение отсечки, при котором irf840 закрыт, составляет 4 В. В связи с этим у многих радиолюбителей появляется желание управления этим mosfet от микроконтроллера напрямую, например таким как Arduino. Однако, этого лучше не делать. Из некоторых условий видно, что значения RDS(ON) и QGMAX измерялись производителем при напряжении на затворе в 10 В. Это связано с тем, что irf840 не открывается полностью при более низких напряжениях, а значит не является транзистором логического уровня и не рекомендован изготовителем для управления от микроконтроллера. Для стабильной работы в схемах управления от микроконтроллера потребуется отдельный драйвер, способный выдать на затвор более 10 В. Обычно, у транзисторов логического уровня в условиях измерений напряжение затвора приближено к 5 В. Компания Vishay рекомендует для этих целей IRF840LC (SiHF840LC).
Схемы включения
Как элемент схемы, он является активным несимметричным четырёхполюсником, одни из выводов у которого общий для цепей входа и выхода. Схемы включения irf840 соответствуют типовому включению в цепях: с общим; с общим стоком; c общим затвором. Типовые способы подключения для полевых транзисторов смотрите на рисунке.
Стабилизатор анодного напряжения
В последнее время у многих радиолюбителей появляется интерес к разработке и сборке анодных стабилизаторов напряжения на мощных mosfet. Идеи для сборки подобных схем подсмотрены в технической документации от компании National Semiconductor и доработаны радиолюбителями на различных форумах. Приведем пример одной из таких схем (c общим затвором) стабилизатора на 250 вольт, с использованием irf840 и микросхемы lm317.
Схема представляет из себя два каскада. В первом каскаде установлен irf840, он выполняет роль истокового повторителя. Во вором каскаде уставлена нагрузка — микросхема lm317. Максимальная величина напряжения между входом и выходом не должна превышать 37 В. Поэтому стабилитроны Z2 и Z3 защищают эту микросхему от напряжения превышающего 30 В.
Резисторы D1, D2, D3, Z3 защищают полупроводниковые устройства от различных нагрузок. R6 нужно поставить для обеспечения ток холостого хода у lm, он должен быть примерно 6.4 мА. Мощность резистора R4 должна быть не менее 30 Вт. Нагрузку обычно подсоединяют с помощью плавкого предохранителя. Микросхему и транзистор необходимо прикрепить на отдельные радиаторы, которые при работе стабилизатора будут достаточно хорошо греться. Указанный стабилизатор выдерживает предельны ток в нагрузке до 110 мА, ограниченный резистором R2.
Производители
Для наиболее полного знакомства предлагаем ознакомится с datasheet irf840 некоторых производителей. На российском рынке в основном его продает компания Vishay. На зарубежном рынке широко представлен фирмами: Fairchild Semiconductor, Samsung, STMicroelectronics, Motorola и др.
